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系統識別號 U0026-2608201001284300
論文名稱(中文) 微型渦輪引擎轉子組平衡參數建置與驗證
論文名稱(英文) Performance Parameter and Verification of the Rotor Assembly Balance for Micro Turbine Engine
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 高家武
研究生(英文) Chei-Wu Kao
學號 p4796109
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 79頁
口試委員 指導教授-賴維祥
口試委員-呂宗行
口試委員-江滄柳
中文關鍵字 微型渦輪引擎轉子  壓縮器  渦輪轉子  殘餘不平衡量 
英文關鍵字 Micro turbine engine rotor  compressor  turbine rotor  residual unbalance 
學科別分類
中文摘要 本究係針對微型渦輪引擎轉子組於研發過程中,需建置轉子組(壓縮器及渦輪轉子)完整的平衡工作,以避免引擎試車時,發生振動過大之現象。本研究目標在以渦輪引擎單件壓縮器轉子、渦輪轉子及轉子組合件分別建置可允許的殘餘不平衡量(Permissible Residual Unbalance, Up)參數與實體驗證,在建置參數過程中依據ISO1940剛性轉子平衡品質等級需求(Balance Quality Requirements of Rigid Rotors);包括工件屬性區別如航空引擎轉子、船舶引擎轉子、汽車引擎凸輪…平衡品質等級皆不相同及建置轉子平衡物理模型,偶合力距a、b、c及轉子平衡修正半徑r1,r2參數值。另建構平衡量測方法與步驟,選用同級引擎轉子做為實驗平衡量測因子的比較分析,在實驗中平衡量測所使用的儀器,為德國Schenck公司生產航空工業等級的HM1BU平衡機,可感測轉子不平衡量的角度、與重量大小,以建置完成轉子的平衡參數的驗證工作,進而確保轉子裝機試車時,確保引擎在起動、慢車、巡航、大車操作行程中,獲得正常運轉。在後續的引擎試驗中,證明本研究所執行過的轉子組件,均能順利過轉至全轉速,也驗證本文對不平衡量之量測及修正已符合規範之要求。
英文摘要 The purpose of this research is to develop a method to perform the dynamic balancing of micro-turbine-engine rotors, including the impeller and the turbine rotor, to prevent the vibration problems occurring in the engine test process. In the design and development of a micro turbine engine, it is required to establish a group of performance parameters and to verify the dynamic balance model. The balance quality requirement is referred to ISO1940 standard, in which series of quality grade and classifications of rigid rotor are defined, such as the aviation engine rotor, the marine engine rotor, the automotive engine cam rotor, etc. The permissible residual unbalance (UP) is estimated based on the physical model and the selected quality grade of the micro turbine engine rotor. The dynamic-balance parameters, including a, b, c, r1 and r2, should be measured physically for the individual rotor as well as the whole rotor assembly. The measurements are carried out with the aviation-grade balancing instrument, HM1BU, made by Schenck Co. The instrument measures the unbalance amount in terms of the weight and the angular position about the rotor. The measurement results of a real rotor are used to verify the maximum permissible residual unbalance and the analysis of performance parameters proposed in the present study to ensure steady rotation from start-up to the maximum speed in the engine test. From the engine test data, it is also verified that the unbalanced measurement and correction are satisfactory for the balance process according to the ISO standard.
論文目次 摘要 I
ABSTRACT Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
第一章 簡介 1
1-1概述 1
1-2 平衡測試 4
1-3 平衡測試兩種類型 4
1-4 研究動機與目的 5
第二章 轉子平衡理論分析 12
2-1 轉子系統的動態分析 12
2-2 轉子運轉特性 13
2-3 剛性轉子感應模式之靜態平衡 15
2-4 剛性轉子的偶力平衡 16
2-5 在兩軸承側外掛型剛性轉子 17
2-6 兩軸承中間窄軌型轉子 19
第三章 轉子組平衡參數建立與應用 23
3-1 轉子平衡品質等級 23
3-2 決定可允許殘留的不平衡量公式 24
3-3 允許殘留的不平衡量Uper.的修正位置 25
第四章 實驗儀器設備與操作方法 26
4-1 水平式平衡機 26
4-1-1 HM1BU 平衡機基本特性參數 26
4-1-2 CAB700 電子平衡感測儀 28
4-1-3 電子動態擷取器 29
4-1-4 同步燈 30
4-1-5 驅動馬達 31
4-2 電子磅秤 32
4-3 水平尺 33
4-4 萬分位考表 34
4-5 HM1BU平衡機操作方法 34
4-6 HM1BU平衡機的限制因素 35
4-7 HM1BU平衡機失效分析及因應方法 37
第五章 實驗方法與測試結果 39
5-1 單件壓縮器轉子動態平衡實驗一 40
5-1-1 特種工具平衡量的修正 40
5-1-2 以理論方程式建置壓縮器轉子殘餘不平衡量 42
5-1-3 壓縮器轉子實體平衡量測結果 44
5-2 單件渦輪轉子動態平衡實驗二 47
5-2-1 以理論方程式建置渦輪轉子殘餘不平衡量 50
5-2-2 渦輪轉子實體平衡量測結果 51
5-3 渦輪引擎轉子組合動態平衡實驗三 53
5-3-1 以理論方程式建置渦輪引擎轉子組合殘餘不平衡量 55
5-3-2 渦輪引擎轉子組合實體平衡量測結果 56
第六章 平衡實驗測試結果分析與討論 59
6-1 壓縮器轉子平衡實驗測試結果分析與討論 59
6-2 渦輪轉子平衡實驗測試結果分析與討論 60
6-3 渦輪引擎轉子組合平衡測試結果分析與討論 62
6-4 渦輪引擎轉子組離點平衡測試結果分析與討論 63
第七章 結論與建議 69
7-1 結論 69
7-2 建議 70
參考文獻 72
附錄 74
附錄一、GTC85-XX引擎渦輪轉子平衡方法與修正規範【24】 74
附錄二、GTC85-XX引擎渦輪轉子平衡方法與修正規範【24】 75
附錄三、PT6A-XX渦輪引擎轉子組合件平衡方法與修正規範【25】 76
附錄四、各類型剛體轉子平衡品質等級【10】 77
附錄五、各類型剛體轉子最大使用轉速與最大的殘餘不平衡量對照表 78

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